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anderen, mit dem Ergebnis, dass der ganze Erhitzungsvorgang sich sehr ungleichmässig vollzieht und lokale Überhitzungen auftreten, durch die vor allem die örtliche Durchschlagsgefahr sehr stark erhöht wird.
Auch diesen Erscheinungen trägt die Erfindung Rechnung und schafft damit ein Erhitzungsbzw. Schmelzverfahren, welches allen bisherigen Verfahren zum Schmelzen von Glas, aber auch zum Erhitzen und Schmelzen von andern Stoffen ähnlicher Eigenschaften, sowohl vom wirtschaftlichen wie vom Gesichtspunkt der Qualität und vor allem der Homogenität des Schmelzgutes weitgehend überlegen ist.
Dieses Verfahren beruht auf dem Gedanken, den Schmelzvorgang in einem Raum durchzuführen, dessen Wandung in einer bestimmten Weise ausgebildet, und hinsichtlich ihrer Eigenschaften denen des elektrischen Feldes angepasst ist. Erfindungsgemäss besteht das Gefäss, in dem das Schmelzgut der Feldeinwirkung ausgesetzt wird, aus einem Werkstoff von einem vergleichsweise zu dem des Schmelzgutes geringeren dielektrischen Verlustkoeffizienten und dieses Gefäss wird seinerseits durch eine Hülle aus einem Werkstoff von hoher Durchschlagsfestigkeit und gegenüber dem des Gefässes noch niedrigeren dielektrischen Verlustkoeffizienten eingeschlossen.
Diese letztere Aussenhülle sichert das feuerfeste Material, das die Innenwandung des Raumes bildet, gegen die Gefahr von Durchschlägen und schafft gleichzeitig eine Aussenschicht, in der, da sie aus einem verlustarmen Werkstoff besteht, keine nennenswerten dielektrischen Verluste und daher auch keine nennenswerte Umsetzung solcher Verluste in Wärme und damit Erwärmung eintreten kann.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die beschriebene Aussenhülle, die vorzugsweise aus geschmolzenem Quarz, dem Werkstoff, der von allen zur Zeit zur Verfügung stehenden die niedrigste dielektrische Verlustzahl aufweist, besteht, ihrerseits aus zwei Schichten aufzubauen, nämlich einer durchschlagsfesten Aussenschicht und einer isolierenden Innenschicht. Auch die isolierende Innenschicht besteht vorzugsweise aus geschmolzenem Quarz, jedoch in körniger oder pulverisierter Form.
Die dielektrischen Verlustwerte des zu erwärmenden Stoffes, des Werkstoffes, welcher diesen umgibt, und das die Aussenhülle bildenden Werkstoffes werden vorzugsweise unter Berücksichtigung der Spannung und der Frequenz der das Feld erzeugenden Stromquelle so aufeinander abgestimmt, dass die Temperatur von dem zu erwärmenden Stoffe bis zur Begrenzung der Aussenhülle derart absinkt, dass der Mantel sich nur noch schwach erwärmt und daher praktisch nur geringfügige Ausstrahlungsverluste eintreten. Dies ist, wie sich gezeigt hat, durch entsprechende Wahl der Werkstoffe und Bemessung, insbesondere der Schichtstärken, ohne Schwierigkeiten möglich.
Bei der der möglichsten Vergleiehmässigung des Erhitzungsvorganges dienenden weiteren Ausbildung des Verfahrens werden gemäss der Erfindung das elektrische Feld und der Inhalt des Schmelzbehälters in eine Relativbewegung zueinander versetzt, und hiedurch örtlich ungleichmässige Einwirkungen des Feldes auf den Behälterinhalt sowie auf die ihn umgebenden Hüllen ausgeglichen, unab-
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ganges mit Hilfe von Rührern aus feuerfestem Material ständig durchgerührt wird.
Vorzugsweise wird jedoch diese Relativbewegung dadurch verwirklicht, dass entweder der Schmelzbehälter innerhalb des feststehenden elektrischen Feldes oder bei feststehendem Behälter das elektrische Feld um diesen herum in Drehbewegung versetzt wird.
Die letztere Möglichkeit ergibt wieder verschiedene Ausführungsformen, sei es, dass die sym- metrisch zu dem vorzugsweise runden Schmelzbehälter angeordneten Kondensatorkörper, zwischen denen das Feld erzeugt wird, also solche auf einer geeigneten Unterlage montiert um den Schmelzbehälter herum bewegt werden, sei es, dass man eine Vielzahl von gleichmässig verteilten Kondensatorkörpern vorzieht, welche man aufeinanderfolgend ein-und ausschaltet und damit ein sich drehendes elektrostatisches Feld schafft.
Die wesentlichsten beispielsweisen Ausführungsformen der vorzugsweise für die Durchführung des neuen Verfahrens dienenden Vorrichtungen sind in den Figuren dargestellt, von welchen die Fig. 1 und 2 die Gesamtanordnung mit innerhalb des ortsfesten elektrischen Feldes sich drehendem Schmelzbehälter im Vertikal- und Horizontalschnitt zeigen. Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform, bei welcher der Schmelzbehälter fesstteht und die zu beiden Seiten desselben angeordneten Elektroden um ihn herum bewegt werden, und Fig. 4 das Schaltungssehema einer Anordnung zur Erzeugung eines elektrostatischen Drehfeldes bei an sich ortsfest angeordneten Kondensatorkörpern.
Der Schmelzbehälter besteht, wie aus den Fig. 1-3 ersichtlich, aus einem inneren, die Charge aufnehmenden und beispielsweise mit einer Auslauföffnung 2, die durch einen abnehmbaren Stopfen 3 geschlossen werden kann, versehenen Tiegel 1 aus feuerfestem Material, welcher von einer vergleichsweise zu der Stärke der Tiegelwandung dicken Schicht 5 aus einem feuerfesten Isoliermaterial, vorzugsweise gekörntem oder pulverisiertem geschmolzenem Quarz umgeben wird, die ihrerseits wieder durch den Aussenmantel aus geschmolzenem Quarz eingeschlossen ist. Das Ganze ruht auf einer feuerfesten Platte 6, die ihrerseits mittels geeigneter Träger auf einem Zahnrad ? gelagert ist, das mit vergleichs-
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setit werden kann.
Das Zahnrad 7 kann, wie dargestellt, eine zentrale Öffnung aufweisen, so dass die
Entleerung des Behälters 1 hiedurch nicht behindert wird.
8 und 9 sind die zu beiden Seiten des Behälters, wie aus Fig. 2 ersichtlich, angeordneten Kondensatorplatten, deren Ränder vorzugsweise abgerundet wulstartig ausgebildet sind und ferner auch abweichend von der dargestellten Ausführungsform nach aussen abgebogen werden können.
Nach Fig. 3 ist der Tiegel ortsfest angeordnet und die Kondensatorplatten 8, 9 ruhen auf einer Platte 10 aus feuerfestem Material, die zweckmässig, wie auch die Platte 6 bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2, eine vergleichsweise niedrige dielektrische Verlustzahl aufweist, um eine zu starke
Erhitzung derselben zu vermeiden, die sonst eintreten könnte, obwohl sie sich nicht unmittelbar inner- halb der stärksten Konzentration des elektrischen Feldes befinden. Beispielsweise wird als Werkstoff für die Platten 6 und 10 Quarz oder Steatit verwendet.
Die Stromzuführung zu den Elektroden erfolgt gemäss Fig. 3 durch Ringe 11 und 12, auf welchen
Stromabnehmer 13, 14 gleiten, die den beiden Polklemmen des Stromkreises für die Erzeugung des
Hochfrequenzstromes entsprechen.
Wählt man die Anordnung, bei welcher der Schmelzbehälter und die Kondensatorplatten fest- stehen, und das elektrische Feld sich dreht, so kann man beispielsweise um den Behälter herum in gleichmässiger Verteilung eine entsprechende Anzahl von Kondensatorkörpern anordnen, die zu einem schwingenden Stromkreis gehören und aufeinanderfolgend ein-und ausgeschaltet werden. Wenn zur Erzeugung der Hochfrequenz Röhrengeneratoren dienen, kann das Ausschalten durch Unterbrechen des
Gitterstromes der Dreielektroden-Sohwingungsrohren erfolgen, wie dies das Schaltungsschema nach Fig. 4 erkennen lässt.
Nach diesem sind sechs Kondensatorkörper Pi, P, Pg... in symmetrischer Anordnung um den Behälter 4, von dem in der Figur nur der Aussenmantel im Horizontalschnitt erkennbar ist, herum vorgesehen, die zusammen drei Kondensatoren bilden. Diese Kondensatoren sind mit den Polklemmen und Induktionsspulen SI, tS'S's verbunden, die jeweils symmetrisch an zwei Dreielektrodenröhren Tl, T2 angeschlossen sind, die in bekannter Weise selbsterregend ausgebildet sind. Die Anoden der insgesamt sechs Dreielektrodenröhren werden bei Al, A2 von der gleichen Stromquelle gleichgerichteten Stroms gespeist.
Die Rückleitung des Gitterstromes wird durch einen Drehschalter 01 unterbrochen und die Schaltung ist so, dass jeweils nur ein einziges Röhrenpaar und die drei Röhrenpaare abwechselnd aufeinanderfolgend arbeiten.
Statt die Kondensatorkörper beiderseitig eines zwischen ihnen befindlichen runden Schmelzbehälters anzuordnen, könnte gemäss einer weiteren Ausführungsform der Schmelzbehälter auch ringförmigen Querschnitt erhalten und hiebei die eine der Elektroden im Zentrum des Ringes und die andere ihn aussen umgebend angeordnet sein. Dies ist unter Umständen zur Herstellung von Rohren durch unmittelbares Ziehen aus der in diesem Falle ringförmigen Auslauföffnung des Behälters von Vorteil.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Erhitzen eines elektrisch schlecht leitenden Stoffes, vorzugsweise zum Schmelzen von Glas, durch die Einwirkung eines elektrischen Wechselfeldes hoher Frequenz, und Umsetzung der demzufolge innerhalb des Stoffes auftretenden dielektrischen Verluste in Wärme, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäss, in dem der Stoff der Feldeinwirkung ausgesetzt wird, aus in einem Werkstoff hoher Dielektrizitätskonstante und vergleichsweise zu der des zu erhitzenden Stoffes geringerer dielektrischer Verlustzahl besteht, das seinerseits durch eine Hülle aus einem Werkstoff von hoher Dielektrizitätskonstante und Durchschlagsfestigkeit und sehr kleinem dielektrischen Verlust eingeschlossen ist.
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others, with the result that the entire heating process takes place very unevenly and local overheating occurs, which above all greatly increases the local risk of breakdown.
The invention also takes these phenomena into account and thus creates a heating or heating system. Melting process, which is largely superior to all previous processes for melting glass, but also for heating and melting other substances with similar properties, both from an economic point of view as well as from the point of view of quality and above all the homogeneity of the melted material.
This method is based on the idea of carrying out the melting process in a room whose walls are designed in a certain way and whose properties are adapted to those of the electric field. According to the invention, the vessel in which the melting material is exposed to the field effect is made of a material with a lower dielectric loss coefficient than that of the melting material, and this vessel is for its part made of a material of high dielectric strength and a dielectric loss coefficient that is even lower than that of the vessel locked in.
This latter outer shell secures the refractory material that forms the inner wall of the room against the risk of breakdowns and at the same time creates an outer layer in which, since it consists of a low-loss material, no significant dielectric losses and therefore no significant conversion of such losses into Heat and thus warming can occur.
It has proven to be particularly advantageous to build the described outer shell, which is preferably made of fused quartz, the material that has the lowest dielectric loss of all currently available, from two layers, namely a puncture-proof outer layer and an insulating one Inner layer. The insulating inner layer is also preferably made of fused quartz, but in granular or powdered form.
The dielectric loss values of the material to be heated, the material that surrounds it and the material forming the outer shell are preferably matched to one another, taking into account the voltage and frequency of the power source generating the field, so that the temperature of the material to be heated up to the limit the outer shell sinks in such a way that the jacket only heats up slightly and therefore practically only minor radiation losses occur. As has been shown, this can be done without difficulty by appropriate selection of the materials and dimensioning, in particular the layer thicknesses.
In the further development of the method, which serves to reduce the heating process as much as possible, according to the invention, the electric field and the contents of the melting container are set in a relative movement to one another, and by locally uneven effects of the field on the container contents and on the envelopes surrounding it are balanced out,
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ganges is constantly stirred with the help of stirrers made of refractory material.
However, this relative movement is preferably achieved in that either the melting container is set in rotation within the fixed electrical field or, if the container is stationary, the electrical field around it.
The latter possibility again results in different embodiments, be it that the capacitor bodies, which are arranged symmetrically to the preferably round melting container and between which the field is generated, are moved around the melting container mounted on a suitable base, or that one prefers a large number of evenly distributed capacitor bodies, which are successively switched on and off and thus creates a rotating electrostatic field.
The most important exemplary embodiments of the devices preferably used for carrying out the new method are shown in the figures, of which FIGS. 1 and 2 show the overall arrangement with the melting container rotating within the fixed electrical field in vertical and horizontal section. Fig. 3 shows another embodiment, in which the melting container is fixed and the electrodes arranged on both sides of it are moved around it, and Fig. 4 shows the circuit diagram of an arrangement for generating an electrostatic rotating field with stationary capacitor bodies.
The melting container consists, as can be seen from FIGS. 1-3, of an inner crucible 1 made of refractory material, which receives the charge and is provided, for example, with an outlet opening 2 which can be closed by a removable stopper 3 the thickness of the crucible wall thick layer 5 of a refractory insulating material, preferably granular or pulverized molten quartz, which in turn is enclosed again by the outer jacket of molten quartz. The whole rests on a refractory plate 6, which in turn is supported by suitable supports on a gear? is stored that with comparative
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can be setit.
The gear 7, as shown, have a central opening so that the
Emptying of the container 1 is not hindered by this.
8 and 9 are the capacitor plates arranged on both sides of the container, as can be seen from FIG. 2, the edges of which are preferably rounded and bead-like and can also be bent outwardly different from the embodiment shown.
According to FIG. 3, the crucible is arranged in a stationary manner and the capacitor plates 8, 9 rest on a plate 10 made of refractory material which, like the plate 6 in the embodiment according to FIGS. 1 and 2, has a comparatively low dielectric loss factor too strong
To avoid heating them, which could otherwise occur, although they are not directly within the strongest concentration of the electric field. For example, quartz or steatite is used as the material for the plates 6 and 10.
The power supply to the electrodes takes place according to FIG. 3 through rings 11 and 12, on which
Pantographs 13, 14 slide, the two pole terminals of the circuit for the generation of the
High frequency current correspond.
If you choose the arrangement in which the melting container and the capacitor plates are stationary and the electric field rotates, you can, for example, arrange a corresponding number of capacitor bodies in an even distribution around the container that belong to an oscillating circuit and one after the other -and be turned off. If tube generators are used to generate high frequency, they can be switched off by interrupting the
Grid current of the three-electrode vibration tubes take place, as can be seen from the circuit diagram of FIG.
According to this, six capacitor bodies Pi, P, Pg ... are provided in a symmetrical arrangement around the container 4, of which only the outer jacket can be seen in horizontal section in the figure, which together form three capacitors. These capacitors are connected to the pole terminals and induction coils SI, tS'S's, which are each symmetrically connected to two three-electrode tubes T1, T2, which are designed to be self-exciting in a known manner. The anodes of the total of six three-electrode tubes are fed by the same current source of rectified current for A1 and A2.
The return line of the grid current is interrupted by a rotary switch 01 and the circuit is such that only a single pair of tubes and the three pairs of tubes work alternately in succession.
Instead of arranging the capacitor bodies on both sides of a round melting container located between them, according to a further embodiment the melting container could also have an annular cross-section and one of the electrodes in the center of the ring and the other surrounding it on the outside. Under certain circumstances, this is advantageous for the production of pipes by pulling them directly out of the in this case annular outlet opening of the container.
PATENT CLAIMS:
1. Device for heating an electrically poorly conductive substance, preferably for melting glass, by the action of an alternating electric field of high frequency, and conversion of the dielectric losses thus occurring within the substance into heat, characterized in that the vessel in which the substance is exposed to the field action, consists of a material with a high dielectric constant and, compared to that of the material to be heated, has a lower dielectric loss factor, which in turn is enclosed by a shell made of a material with a high dielectric constant and dielectric strength and very low dielectric loss.